本发明专利技术涉及一种电火花加工在钛合金基体上制备TiN涂层表面的方法，属于金属表面涂层处理技术领域。通过PVD、CVD、等离子喷涂等技术制备TiN涂层的工艺都存在流程复杂、成本高、涂层厚度薄的问题，且均需要使用特定的场所、专用的设备，加工面积和厚度都难以很好控制，这在工业化生产的推广方面都受到了很大的限制，而传统电火花加工虽然制备的涂层较厚，但是涂层成分不均匀、表面粗糙、工艺不稳定。本发明专利技术通过采用新型的电火花加工表面强化工艺，使用柔性钛电极代替传统硬质电极，从电极内部通入氮气，脉冲电流将氮气电离成高活性的氮原子、离子、分子，从而与熔融的钛合金结合产生致密连续均匀的TiN涂层，同时柔性钛丝电极的涂覆作用能够使涂层表面更为平整，从而得到结构致密均匀、无孔洞，表面平整的TiN涂层。涂层厚度能够达到1mm。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电火花加工在钛合金基体上制备TiN涂层表面的方法，属于金属表面涂层处理
技术介绍
TC4钛合金具有密度小、比强度高、比刚度高、有良好的耐腐蚀性、高温力学性能的特点，被广泛应用于航空航天、海洋等领域。但钛合金存在硬度低、导热系数低、耐磨性差的特点，限制了钛合金的发展。目前大量研究人员利用物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、等离子喷涂的方法在钛合金表面制备TiN涂层，而关于电火花表面强化制备TiN涂层的研究仍较少。TiN具有硬度高、熔点高、抗腐蚀性能好、耐磨性好的特点，但是利用PVD、CVD、等离子喷涂等技术制备TiN涂层的工艺都存在流程复杂、成本高、涂层厚度薄的问题，且均需要使用特定的场所、专用的设备，加工面积和厚度都难以很好控制，这在工业化生产的推广方面都受到了很大的限制，如何解决这些问题成了当务之急。传统电火花加工虽然制备的涂层较厚，但是涂层成分不均匀、表面粗糙、工艺不稳定。针对这些缺陷，本专利技术进行了改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过电火花加工在钛合金基体上制备TiN涂层的方法。其特征在于具有如下的制备过程和步骤：a，利用数控电火花加工机床，改装设置使用TA2材质的中空柔性电极钛丝，并可通过电机带动柔性电极旋转；电极旋转速度为800~1300 r/min；b，将经过磨削抛光的TC4钛合金作为加工工件材料，安装定位；TC4钛合金成分为(wt.%)：铁（Fe）≤0.30，碳（C）≤0.10，氮（N）≤0.05，氢（H）≤0.0150，氧（O）≤0.20，铝（Al）5.5~6.8，钒（V）3.5~4.5，余量为钛。c，通过钛电极内部空心向加工区域通入氮气，使氮和熔融钛合金反应形成致密均匀的TiN涂层；通入氮气的气压为0.05-0.1Mpa；工作参数：电流强度为10-15A；脉宽为200-500μs；强化速度为1-3min/cm2。本专利技术通过新型的电火花加工工艺制备结构致密均匀、无孔洞，表面平整的TiN涂层。本专利技术中的数控电火花成型机床，采用柔性钛电极代替传统硬质电极，从电极内部通入氮气，利用脉冲电流将氮气电离成高活性的氮原子、离子、分子，从而与熔融的钛合金结合产生致密连续均匀的TiN涂层，涂层厚度超过1mm，涂层主要由TiN强化相组成。利用柔性钛电极，对TiN涂层进行刮削涂覆，进一步增强涂层平整度。本专利技术具有以下特点：1、本专利技术充分利用电火花表面强化技术其优点，相比于PVD、CVD、等离子喷涂等技术，制备的涂层更厚，制备成本低，适用于大工业生产，同时摒弃了传统电火花加工制备涂层表面粗糙、不稳定的特点，制备的涂层结构致密均匀连续，表面平整。2、本专利技术工艺简单、效果明显，对环境无污染，成本低，适合工业化扩大生产。附图说明图1为本专利技术采用的数控电火花成型机床示意图。具体实施方式实施例1将TC4钛合金表面进行逐级打磨，并进行抛光，用酒精在超声波状态下清洗，清洗时间为5min。用北京凝华NH7125型数控电火花成型加工机床对钛合金进行表面强化。使用TA2材质的柔性电极钛丝，将工件置于钛丝下，设置调速电机以800 r/min带动柔性电极旋转，从氮气入口向氮气腔通入氮气，氮气经过柔性钛电极内部到达加工区域，氮气气氛压强设置为为0.05 Mpa，调整电流强度为10A，脉宽300μs，强化速度为1min/cm2。实施例2将TC4钛合金表面进行逐级打磨，并进行抛光，用酒精在超声波状态下清洗，清洗时间为5min。用北京凝华NH7125型数控电火花成型加工机床对钛合金进行表面强化。使用TA2材质的柔性电极钛丝，将工件置于钛丝下，设置调速电机以800 r/min带动柔性电极旋转，从氮气入口向氮气腔通入氮气，氮气经过柔性钛电极内部到达加工区域，氮气气氛压强设置为0.07Mpa，调整电流强度为11A，脉宽500μs，强化速度为3min/cm2。实施例3将TC4钛合金表面进行逐级打磨，并进行抛光，用酒精在超声波状态下清洗，清洗时间为5min。用北京凝华NH7125型数控电火花成型加工机床对钛合金进行表面强化。使用TA2材质的柔性电极钛丝，将工件置于钛丝下，设置调速电机以800 r/min带动柔性电极旋转，从氮气入口向氮气腔通入氮气，氮气经过柔性钛电极内部到达加工区域，氮气气氛压强设置为0.08Mpa，调整电流强度为10A，脉宽300μs，强化速度为1.5min/cm2。实施例4将TC4钛合金表面进行逐级打磨，并进行抛光，用酒精在超声波状态下清洗，清洗时间为5min。用北京凝华NH7125型数控电火花成型加工机床对钛合金进行表面强化。使用TA2材质的柔性电极钛丝，将工件置于钛丝下，设置调速电机以800 r/min带动柔性电极旋转，从氮气入口向氮气腔通入氮气，氮气经过柔性钛电极内部到达加工区域，氮气气氛压强设置为0.07Mpa，调整电流强度为9A，脉宽400μs，强化速度为2min/cm2。实施例5将TC4钛合金表面进行逐级打磨，并进行抛光，用酒精在超声波状态下清洗，清洗时间为5min。用北京凝华NH7125型数控电火花成型加工机床对钛合金进行表面强化。使用TA2材质的柔性电极钛丝，将工件置于钛丝下，设置调速电机以800 r/min带动柔性电极旋转，从氮气入口向氮气腔通入氮气，氮气经过柔性钛电极内部到达加工区域，氮气气氛压强设置为0.1Mpa，调整电流强度为14A，脉宽500μs，强化速度为3min/cm2。实施例6将TC4钛合金表面进行逐级打磨，并进行抛光，用酒精在超声波状态下清洗，清洗时间为5min。用电北京凝华NH7125型数控电火花成型加工机床对钛合金进行表面强化。使用TA2材质的柔性电极钛丝，将工件置于钛丝下，设置调速电机以800 r/min带动柔性电极旋转，从氮气入口向氮气腔通入氮气，氮气经过柔性钛电极内部到达加工区域，氮气气氛压强设置为0.06Mpa，调整电流强度为12A，脉宽400μs，强化速度为2min/cm2。对各实施例经处理后的样品进行表面宏观及硬度进行测试，结果如下：由实施例测试情况来看，通过本专利技术所制备的TiN涂层表面平整，具有致密均匀的微观结构及很高的硬度，同时具有良好的耐磨性。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过电火花加工在TC4基体上制备TiN涂层的方法，其特征在于具有如下的制备过程和步骤：a，利用数控电火花加工机床，改装设置使用TA2材质的中空柔性电极钛丝，并可通过电机带动柔性电极旋转；b，将经过磨削抛光的TC4钛合金作为加工工件材料，安装定位；TC4钛合金成分为(wt.%)：铁（Fe）≤0.30，碳（C）≤0.10，氮（N）≤0.05，氢（H）≤0.0150，氧（O）≤0.20，铝（Al）5.5~6.8，钒（V）3.5~4.5，余量为钛；c，通过钛电极内部空心向加工区域通入氮气，使氮和熔融钛合金反应形成致密均匀的TiN涂层；通入氮气的气压为0.05~0.1MPa；工作参数电流强度为10~15A；脉宽为200~500us；强化速度为1~3min/cm2。
【技术特征摘要】
1.一种通过电火花加工在TC4基体上制备TiN涂层的方法，其特征在于具有如下的制备过程和步骤：a，利用数控电火花加工机床，改装设置使用TA2材质的中空柔性电极钛丝，并可通过电机带动柔性电极旋转；b，将经过磨削抛光的TC4钛合金作为加工工件材料，安装定位；TC4钛合金成分为(wt.%)：铁（Fe）≤0.30，碳（C）≤0.10，氮（N）...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟庆东，黄哲瑞，李育霖，肖晨，李辉，孙金虎，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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